高雷诺数下非混相Rayleigh-Taylor不稳定性的格子Boltzmann方法模拟

本文采用相场格子Boltzmann方法研究了竖直微通道内中等Atwoods数流体的单模Rayleigh-Taylor不稳定性问题,系统分析了雷诺数对相界面动力学行为以及扰动在各发展阶段演化规律的影响.数值结果表明高雷诺数条件下,不稳定性界面扰动的增长经历了四个不同的发展阶段,包括线性增长阶段、饱和速度阶段、重加速阶段及混沌混合阶段.在线性增长阶段,我们计算获得的气泡与尖钉振幅符合线性稳定性理论,并且线性增长率随着雷诺数的增加而增大.在第二个阶段,我们观察到气泡与尖钉将以恒定的速度增长,获得的尖钉饱和速度略高于Goncharov经典势能模型的解析解[Phys.Rev.Lett.200288134502],这归因于系统中产生了多个尺度的旋涡,而涡之间的相互作用促进了尖钉的增长.随着横向速度和纵向速度的差异扩大,气泡和尖钉界面演化诱导产生的Kelvin–Helmholtz不稳定性逐渐增强,从而流体混合区域出现许多不同层次的涡结构,加速了气泡与尖钉振幅的演化速度,并在演化后期阶段,导致界面发生多层次卷起、剧烈变形、混沌破裂等行为,最终形成了非常复杂的拓扑结构.此外,我们还统计了演化后期气泡与尖钉的无量纲加速度,发现气泡和尖钉的振幅在后期呈现二次增长规律,其增长率系数分别为0.045与0.233.而在低雷诺条件下,重流体在不稳定性后期以尖钉的形式向下运动而轻流体以气泡的形式向上升起.在整个演化过程中,界面变得足够光滑,气泡与尖钉在后期的演化速度接近于常数,未观察到后期的重加速与混沌混合阶段.     

Competition between fingers in Hele-Shaw flows

In experiments on the displacement of viscous fluids in a Hele-Shaw cell of channel type the catastrophic development of competition between fingers is sometimes observed: for a long time two fingers propagate almost side by side and then one of them suddenly suppresses the other. It is believed that this is a manifestation of the capillary forces on the phase interface [1]. Using the solution found in [2] for the problem in an idealized formulation, it is shown that this scenario is perfectly feasible without having to take capillary forces into account.     

扩散型气柱界面R-M失稳中混合率的实验研究

Richtmyer-Meshkov(R-M)不稳定性普遍存在于众多工程问题中,激波管实验是研究R-M失稳问题的主要手段.高精度的平面激光诱导荧光(planar laser-induced fluorescence,PLIF)技术具有分子量级的示踪能力,可获得界面气体浓度(摩尔分数)分布,为研究界面失稳混合问题提供了有力工具.在弱激波(Ma=1.25)冲击扩散型气柱界面实验中,采用PLIF技术对R-M失稳引起的SF6-Air界面混合问题进行了研究.通过改变椭圆形初始界面的长短轴比,得到了3种扩散型初始界面失稳演化过程中气体摩尔分数,观察到了斜压机制下界面的简单拉伸、二次不稳定性、挤压射流等现象.利用浓度分布进一步得到了界面的瞬时混合率,通过瞬时混合率、界面整体平均混合率以及混合率的概率密度分布,分析了界面在不同演化阶段的界面混合特征,初步讨论了界面失稳混合的机制.演化初期,界面在斜压涡的作用下发生拉伸卷曲,通过增大浓度梯度来促进界面的混合.当演化进一步发展,二次不稳定性出现后,界面通过小尺度对流的方式达到湍流混合状态,而浓度梯度驱使的分子间混合逐渐减弱.由浓度梯度引起的扩散与由二次不稳定性引起的对流存在着"竞争"关系,二者共同主导了界面的混合.     

运动状态下液体轴对称抛撒首次破碎的实验研究

在实验室条件下利用组合式激波管设备,对运动状态下液体轴对称抛撒进行了实验研究。通过纹影装置获得其所形成雾化场的外形轮廓照片,测量获得了液核发生首次破碎的位置与对称轴之间的距离。通过对抛撒过程中R-T不稳定性与K-H不稳定性的分析认为,轴向气流作用下液体轴对称抛撒的首次破碎点与对称轴的距离主要由轴向气流的速度、轴向气流的密度、液体轴对称抛撒的出口速度、抛撒液体的表面张力系数、环形喷口的宽度等参数所决定。在此基础上,利用相似性理论和无量纲分析,获得了运动状态下液体轴对称抛撒首次破碎点与对称轴之间的距离与相关参数的无量纲关系式。     

推力轴承瞬态启动油膜热不稳定性的线性分析

以简化推力轴承为对象 ,理论上证明了推力轴承运行时存在热不稳定性 ,采用小扰动分析法得到了油膜温度的扰动方程 ,应用简正模态分析法推导了无量纲热不稳定性准则数以及推力轴承运行的热不稳定性准则 .     

求解层间界面反平面剪切破坏的剪切梁模型(Ⅰ)——基本特性

在反平面剪切载荷及侧压力共同作用下引起的裂纹及裂纹扩展导致的层间界面失效,是岩土工程层间界面及砌体结构中界面层上典型的失效方式.运用弹性力学和断裂力学的理论原理,提出了能够反映上述层间界面断裂失效问题力学特性的剪切梁模型.文中采用具有应力软化特性的“粘性裂纹”(内聚力裂纹)模型来表述层间裂纹前方损伤过程区的本构行为.对通过粘性层结合在一起的两个弹性板,在反平面剪切载荷及侧压力共同作用下的力学行为作了解析分析计算,研究了层间界面裂纹扩展规律.     

二维不可压流体瑞利-泰勒不稳定性的非线性阈值公式

分析了二维情况下平面几何、柱几何和球几何中瑞利-泰勒不稳定性发生非线性偏离的阈值问题，给出了三种几何中密度扰动振幅的定义，以及与界面扰动振幅的关系.由此得到了三种几何中密度扰动的非线性阈值公式，用高精度流体程序对三种几何中的不稳定性进行了数值模拟，验证了得到的非线性阈值公式. 关键词： 瑞利-泰勒不稳定性 非线性阈值 密度振幅     

功率MOSFET的负偏置温度不稳定性效应中的平衡现象

通过对功率金属氧化物半导体场效应晶体管在静态应力下的负偏置温度不稳定性的实验研究, 发现器件参数的退化随时间的关系遵循反应扩散模型所描述的幂函数关系, 并且在不同栅压应力下, 实验结果中均可观察到平台阶段的出现. 基于反应扩散理论的模型进行了仿真研究, 通过仿真结果分析和验证了此平台阶段对应于反应平衡阶段, 并且解释了栅压应力导致平台阶段持续时间不同的原因. 关键词： 功率金属氧化物半导体场效应晶体管 负偏置温度不稳定性 反应扩散模型     

Collisional effects on the current-filamentation instability in a dense plasma

The collisional current-filamentation instability (CFI) is studied for a nonrelativistic electron beam penetrating an infinite uniform plasma. It is analytically shown that the CFI is driven by the drift-anisotropy rather than the classical anisotropy of the beam and the background plasma. Therefore, collisional effects can either attenuate or enhance the CFI depending on the drift-anisotropy of the beam-plasma system. Numerical results are given for some typical parameters, which show that collisional effects cannot stabilize but enhance the CFI in a dense plasma. Thus, the CFI may play a dominant role in the fast electron transport and deposition relevant to the fast ignition scenario (FIS).     

宽带啁啾脉冲激光非线性传输过程中的时空微扰研究

基于非线性薛定谔方程推导出大啁啾脉冲的传输方程,利用微扰理论,分析了啁啾脉冲激光的时空不稳定性. 理论上比较清楚的阐述了宽带脉冲激光在大啁啾情况下,其时空噪声的相互影响与相互作用情况及脉冲啁啾对噪声微扰调制的影响,发现在相同γI₀(非线性系数与峰值强度乘积)的情况下脉冲啁啾对噪声调制的增长没有直接影响. 最后我们在实验上利用非线性介质对啁啾脉冲的空间小尺度自聚焦过程进行了部分验证,同时也在数值上对宽带啁啾脉冲的时间噪声调制的增长进行了模拟分析,发现实验结果和模拟分析结论 关键词： 时空不稳定性 宽带脉冲激光 啁啾